220013, Минск
Minsk, 220013
220013, Минск
Minsk, 220013
Минск
Minsk, 220072
Минск
Minsk, 220072
220013, Минск, Беларусь; Москва, 115409, Россия
Minsk, 220013, Belarus; Moscow, 115409, Russia
Исследованы закономерности изменения фотолюминесценции в температурном диапазоне 10-300 К графитоподобного нитрида углерода, синтезированного термообработкой меламина в замкнутой воздушной среде, содержащей кислород. Показано, что концентрация кислорода в полученном материале 4-5 ат.% увеличивается с ростом температуры и уменьшается при возрастании продолжительности процесса синтеза. Измерения при пониженных температурах вплоть до 10 К позволили разрешить в спектрах фотолюминесценции графитоподобного нитрида углерода несколько полос, обусловленных процессами излучательной рекомбинации. Установлено, что рост температуры синтеза с 500 до 600 °С, как и увеличение его продолжительности при заданной температуре с 30 до 240 мин, приводит к смещению максимума спектра фотолюминесценции c 2.74 эВ в область меньших энергий до 2.71-2.67 эВ, что связано с возрастанием роли в процессах излучения света молекулярной системы, образованной π-связями атомов углерода и азота с sp2-гибридизацией, характеризующейся меньшей шириной запрещенной зоны. Переходы, связанные с рекомбинацией через обусловленные кислородом уровни в запрещенной зоне полупроводника, способствуют возникновению “хвоста” спектров фотолюминесценции в области низких энергий (2.40-2.33 эВ). Повышение температуры синтеза нитрида углерода до 600 °С приводит к изменению структуры энергетических зон и увеличению энергии излучательных переходов за счет возрастания степени легирования атомами кислорода и термического расслоения.
Evolution of photoluminescence spectra of graphitic-like carbon nitride synthesized by pyrolysis of melamine in closed oxygen containing air environment was studied in the temperature range of 10-300 K. It was shown that the oxygen concentration in the resulting material is 4-5 at. % and increases with the temperature and decreases with increasing of the synthesis process duration. Measurements at low temperatures up to 10 K made it possible to resolve several bands on the photoluminescence spectra of graphite-like carbon nitride associated with radiative recombination processes. It was found that an increase in the synthesis temperature from 500 to 600 °С as well as an increase in its duration from 30 to 240 min at a given temperature lead to a shift of photoluminescence spectrum maximum from 2.74 eV to the lower energy region of 2.71-2.67 eV. That shift is associated with the increasing role in light emission of the molecular system formed by π-bonds of carbon and nitrogen atoms with sp2-hybridization characterized by a smaller band gap. Transitions associated with recombination through oxygen-induced levels in the band gap of the semiconductor contribute to the appearance of a “tail” on the photoluminescence spectra in the low-energy region (2.4-2.33 eV). An increase in the temperature of carbon nitride synthesis to 600 °C leads to a change in the structure of energy zones and an increase in the energy of radiative transitions due to an increase in the oxygen doping level and thermal stratification.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.